地理信息系统原理与应用(PrinciplesandMethodsof GeographicInformation System)课程基本信息课程编号：02011504h课程总学时：48实验学时：24学时课程性质：必修课程属性：专业类开设学期：第5学期课程负责人：张雅梅课程团队：授课语言：汉语适用专业：智慧林业，核心课对先修的要求：测量学，遥感原理与应用对后续的支撑：地理信息系统设计与开发主撰人：张雅梅审核人：闫东锋大纲制定（修订）日期：2023.6.5一、课程的教学理念、性质、目标和任务地理信息系统原理及应用课程属于智慧林业专业的核心课，它以地球科学的理论为基础，介绍运用系统科学和信息科学的理论与方法，进行空间数据的采集、处理、分析和科学管理，以及地理信息的空间分析、地学建模、地理信息系统的设计与实现及应用。它集计算机科学、信息科学、测绘科学、地理科学、空间科学、管理科学等为一体的新兴交叉学科，是智慧林业的重要技术支撑。通过本课程的学习，使学生掌握课程基础概念、基本理论和基本技能，重点掌握林业信息采集、处理、分析和产品输出等内容，熟练掌握常用专业软件，了解学科动态、前沿和热点问题。重点培养学生的实践能力，具备运用地理信息系统技术分析和解决林业实际问题的能力，激发创新思维、创新能力和掌握先进技术的综合能力。注重课程知识学习的同时，也注重课程思政教育，实现专业教育与课程思政教育的有机融合，才能培养出成为“懂林、爱林”的“新林科"时代的新型人才。二、课程教学的基本要求1.理论知识方面：使学生了解地理信息系统的基本概念、研究内容与应用；使学生理解空间数据的结构及其相互关系，元数据的概念与作用等，使学生掌握空间数据的采集、编辑及空间信息处理方法空间数据的分析功能，使学生掌握地理信息系统的基本软件的应用与操作。2.实验技能方面：要求学生掌握空间数据的采集、信息处理、空间分析、信息的输出及专题地图的制作，使学生熟练掌握地理信息系统基本软件的应用与操作。由于地理信息系统是一个实践性很强的课程，因此加强地理信息系统实践教学是提高地理信息系统教学的一项重要手段。本课程实践性强，教学中除注意突出重点、讲清基本原理外，应把重点放在提高学生操作、应用常用地理信息系统软件的能力上，加强上机练习，理论联系实际，学以致用。三、课程的教学设计1.教学设计说明- 98 -
- 98 - 地理信息系统原理与应用 （Principles and Methods of Geographic Information System） 课程基本信息 课程编号：02011504h 课程总学时：48 实验学时： 24 学时 课程性质：必修 课程属性: 专业类 开设学期：第 5 学期 课程负责人：张雅梅 课程团队： 授课语言：汉语 适用专业：智慧林业，核心课 对先修的要求：测量学，遥感原理与应用 对后续的支撑：地理信息系统设计与开发 主撰人：张雅梅 审核人：闫东锋 大纲制定（修订）日期：2023.6.5 一、课程的教学理念、性质、目标和任务 地理信息系统原理及应用课程属于智慧林业专业的核心课，它以地球科学的理论为基础，介绍运用系 统科学和信息科学的理论与方法，进行空间数据的采集、处理、分析和科学管理，以及地理信息的空 间分析、地学建模、地理信息系统的设计与实现及应用。它集计算机科学、信息科学、测绘科学、地 理科学、空间科学、管理科学等为一体的新兴交叉学科，是智慧林业的重要技术支撑。通过本课程的 学习，使学生掌握课程基础概念、基本理论和基本技能，重点掌握林业信息采集、处理、分析和产品 输出等内容，熟练掌握常用专业软件，了解学科动态、前沿和热点问题。重点培养学生的实践能力， 具备运用地理信息系统技术分析和解决林业实际问题的能力，激发创新思维、创新能力和掌握先进技 术的综合能力。注重课程知识学习的同时，也注重课程思政教育，实现专业教育与课程思政教育的有 机融合，才能培养出成为“懂林、爱林”的“新林科”时代的新型人才。 二、课程教学的基本要求 1.理论知识方面：使学生了解地理信息系统的基本概念、研究内容与应用；使学生理解空间数据的结 构及其相互关系，元数据的概念与作用等，使学生掌握空间数据的采集、编辑及空间信息处理方法， 空间数据的分析功能，使学生掌握地理信息系统的基本软件的应用与操作。 2.实验技能方面：要求学生掌握空间数据的采集、信息处理、空间分析、信息的输出及专题地图的制 作，使学生熟练掌握地理信息系统基本软件的应用与操作。由于地理信息系统是一个实践性很强的课 程，因此加强地理信息系统实践教学是提高地理信息系统教学的一项重要手段。 本课程实践性强，教学中除注意突出重点、讲清基本原理外，应把重点放在提高学生操作、应用常用 地理信息系统软件的能力上，加强上机练习，理论联系实际，学以致用。 三、课程的教学设计 1.教学设计说明
教学设计立足智慧林业专业，基于课程的技术性，课程分为理论课程、实验课程和教学综合实习三个部分进行设计，教学内容主要是地理信息系统技术的基本概念、基本理论及其在林业中的应用，重点突出课程的实践性特征，运用课堂多媒体和计算机房、线上各种专业相关平台、课下自主学习等多元化教学方法，使学生最大限度的拓展学习时间和空间，最后选择对应的多元化教学评价体系评价学生的学习效果。2.课程目标及对毕业要求的支撑序号课程目标毕业要求-使学生熟练使用ARC/GIS专业软件，具备采集、处理和分析林业各种数据的能力。3,523, 4, 5使学生具备制作各种林业专题图的能力。m3,4,5使学生具备制订林业各种规划、设计、经营管理和发展决策提出数据支持的能力。四、理论教学内容及学时分配（20学时）第一章导论学时数：2教学目标：使学生总体认识地理信息系统技术，掌握地理信息系统的基本概念、基本理论、基本构成、功能、应用，认识国内外常见软件。教学重点和难点：教学重点：地理信息、地理信息系统的定义，地理信息系统的组成与功能，地理信息系统专业软件，地理信息系统发展的趋势和热点问题，常用的地理信息系统软件。教学难点：地理信息系统的组成与功能。主要教学内容及要求：介绍信息、数据、地理数据、地理信息，地理信息系统的定义，地理信息系统的结构、功能与组成部分，地理信息系统的发展与前景，地理信息系统的应用，国内外常用地理信息系统专业软件。了解：地理信息系统的学科发展历史、趋势、学科体系和与相关学科的联系，及在不同行业里的应用。理解：地理信息系统的基础。掌握：地理信息系统的基本知识、系统组成及其功能。熟练掌握：地理信息系统在林业中的应用，常用国内外的专业软件。教学组织与实施：课堂授课：多媒体：课下：查阅资料：课堂讨论：地理信息系统相关林业单位；网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。第二章地理信息系统的数据结构学时数：4第一节地理空间数据（2学时）教学目标：使学生认识地理空间、空间实体的表达、空间数据的分类、基本特征、拓扑关系和计算机表达。教学重点和难点：- 99 -
- 99 - 教学设计立足智慧林业专业，基于课程的技术性，课程分为理论课程、实验课程和教学综合实习三个 部分进行设计，教学内容主要是地理信息系统技术的基本概念、基本理论及其在林业中的应用，重点 突出课程的实践性特征，运用课堂多媒体和计算机房、线上各种专业相关平台、课下自主学习等多元 化教学方法，使学生最大限度的拓展学习时间和空间，最后选择对应的多元化教学评价体系评价学生 的学习效果。 2.课程目标及对毕业要求的支撑 序号 课程目标 毕业要求 1 使学生熟练使用 ARC/GIS 专业软件，具备采集、处理和分析林业各种数据的能力。 3，5 2 使学生具备制作各种林业专题图的能力。 3，4，5 3 使学生具备制订林业各种规划、设计、经营管理和发展决策提出数据支持的能力。 3，4，5 四、理论教学内容及学时分配（20 学时） 第一章 导论 学时数：2 教学目标：使学生总体认识地理信息系统技术，掌握地理信息系统的基本概念、基本理论、基本构成、 功能、应用，认识国内外常见软件。 教学重点和难点： 教学重点：地理信息、地理信息系统的定义，地理信息系统的组成与功能，地理信息系统专业软件， 地理信息系统发展的趋势和热点问题，常用的地理信息系统软件。 教学难点：地理信息系统的组成与功能。 主要教学内容及要求：介绍信息、数据、地理数据、地理信息，地理信息系统的定义，地理信息系统 的结构、功能与组成部分，地理信息系统的发展与前景，地理信息系统的应用，国内外常用地理信息 系统专业软件。 了解：地理信息系统的学科发展历史、趋势、学科体系和与相关学科的联系，及在不同行业里的应用。 理解：地理信息系统的基础。 掌握：地理信息系统的基本知识、系统组成及其功能。 熟练掌握：地理信息系统在林业中的应用，常用国内外的专业软件。 教学组织与实施：课堂授课：多媒体；课下：查阅资料；课堂讨论：地理信息系统相关林业单位；网 上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。 第二章 地理信息系统的数据结构 学时数：4 第一节 地理空间数据（2 学时） 教学目标：使学生认识地理空间、空间实体的表达、空间数据的分类、基本特征、拓扑关系和计算机 表达。 教学重点和难点：
教学重点：地理空间、拓扑的概念，空间实体的定义及其表达，地理空间数据的类型，空间数据拓扑关系的类型和概念空间数据的计算机表达方式。教学难点：空间数据拓扑关系的类型。主要教学内容及要求：掌握地理空间、空间实体、拓扑等的概念，理解空间实体和空间数据的计算机表达，熟练掌握空间数据的分类、基本特征、拓扑关系。了解：空间实体的类型。理解：理解空间实体和空间数据的计算机表达。掌握：地理空间、空间实体、拓扑等的概念。熟练掌握：空间数据的分类、基本特征、拓扑关系。教学组织与实施：课堂授课：多媒体；课下：查阅资料：网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。第二节空间数据结构的类型（2学时）教学目标：使学生掌握矢量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构，熟练掌握不同空间数据结构的输入方法，了解空间数据的分类与编码。教学重点和难点：教学重点：量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构。教学难点：矢量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构。主要教学内容及要求：空间数据的3种结构，包括矢量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构，使学生掌握数据结构的类型及其组织方法，熟练掌握不同空间数据结构的输入方法，了解空间数据的分类与编码。了解：空间数据的分类方法。理解：空间数据的编码方法。掌握：掌握矢量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构的特征、优缺点和常用组织方法熟练掌握：量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构的输入方法。教学组织与实施：课堂授课：多媒体：课下：查阅资料：课堂讨论：不同数据结构的优缺点；网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。第三章地理信息系统数据处理学时数：4第一节空间数据的变换、转换和融合（2学时）教学目标：使学生掌握空间数据处理的3种方法，包括变换、转换和融合的类型、方法，及其对数据质量的影响。教学重点和难点：教学重点：几何校正的方法和特点，地图投影的建立、定义和转换，空间数据结构转换及后处理方法多元数据的融合。教学难点：几何校正的方法和特点，地图投影的建立、定义和转换，空间数据结构转换及后处理方法，多元数据的融合。- 100 -
- 100 - 教学重点：地理空间、拓扑的概念，空间实体的定义及其表达，地理空间数据的类型，空间数据拓扑 关系的类型和概念空间数据的计算机表达方式。 教学难点：空间数据拓扑关系的类型。 主要教学内容及要求：掌握地理空间、空间实体、拓扑等的概念，理解空间实体和空间数据的计算机 表达，熟练掌握空间数据的分类、基本特征、拓扑关系。 了解：空间实体的类型。 理解：理解空间实体和空间数据的计算机表达。 掌握：地理空间、空间实体、拓扑等的概念。 熟练掌握：空间数据的分类、基本特征、拓扑关系。 教学组织与实施：课堂授课：多媒体；课下：查阅资料；网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。 第二节 空间数据结构的类型（2 学时） 教学目标：使学生掌握矢量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构，熟练掌握不同空间数据结构的 输入方法，了解空间数据的分类与编码。 教学重点和难点： 教学重点：矢量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构。 教学难点：矢量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构。 主要教学内容及要求：空间数据的 3 种结构，包括矢量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构，使 学生掌握数据结构的类型及其组织方法，熟练掌握不同空间数据结构的输入方法，了解空间数据的分 类与编码。 了解：空间数据的分类方法。 理解：空间数据的编码方法。 掌握：掌握矢量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构的特征、优缺点和常用组织方法 熟练掌握：矢量数据结构、栅格数据结构和曲面数据结构的输入方法。 教学组织与实施：课堂授课：多媒体；课下：查阅资料；课堂讨论：不同数据结构的优缺点；网上平 台：学习通、推荐慕课、推荐网站。 第三章 地理信息系统数据处理 学时数：4 第一节 空间数据的变换、转换和融合（2 学时） 教学目标：使学生掌握空间数据处理的 3 种方法，包括变换、转换和融合的类型、方法，及其对数据 质量的影响。 教学重点和难点： 教学重点：几何校正的方法和特点，地图投影的建立、定义和转换，空间数据结构转换及后处理方法， 多元数据的融合。 教学难点：几何校正的方法和特点，地图投影的建立、定义和转换，空间数据结构转换及后处理方法， 多元数据的融合
主要教学内容及要求：空间数据处理的3个方面，包括变换、转换和融合的类型和方法。了解：空间数据的处理对数据的质量的影响方面。理解：空间数据的变换、转换和融合的概念和理论基础。掌握：几何校正的方法，地图投影的建立、定义和转换，空间数据结构转换及后处理方法，多元数据的融合。熟练掌握：几何校正的方法，地图投影的建立、定义和转换，空间数据结构转换。教学组织与实施：课堂授课：多媒体：课下：查阅资料；课堂讨论：不同处理方法效果的比较：课程实验：计算机房直观教学：网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。第二节空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑（2学时）教学目标：使学生掌握空间数据处理的4种方法，包括压缩、重分类、内插和拓扑编辑的方法，及其对数据质量的影响。教学重点和难点：教学重点：空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的类型、方法和特征。教学难点：空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的类型、方法和特征。主要教学内容及要求：空间数据处理的4个方面，包括压缩、重分类、内插和拓扑编辑的方法，及其对数据质量的影响。使学生熟练掌握空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的方法和计算机操作。了解：空间数据的处理对数据的质量的影响方面。理解：空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的内涵和基本理论。掌握：空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的方法。熟练掌握：空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的方法和计算机操作。教学组织与实施：课堂授课：多媒体；课下：查阅资料：课堂讨论：不同处理方法效果的比较；课程实验：计算机房直观教学：网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。第四章地理信息系统空间数据库学时数：2教学目标：使学生掌握空间数据库的基本知识，掌握层次结构、网络结构和关系结构、地理信息系统空间时态数据的基本特征与实现过程。教学重点和难点：教学重点：层次结构、网络结构和关系结构。教学难点：时空动态数据库。主要教学内容及要求：空间数据库的概念、设计、实现和维护，空间数据库的概念模型设计、逻辑模型设计和物理设计，空间数据库的查询，以及元数据。了解：空间数据库的基础知识，数据库设计、实现和维护的流程。理解：空间数据库的理论基础，概念模型设计、逻辑模型设计和物理设计。掌握：元数据的概念和作用。熟练掌握：空间数据库的属性查询、关系查询和应用，层次结构、网络结构和关系结构的异同。- 101 -
- 101 - 主要教学内容及要求：空间数据处理的 3 个方面，包括变换、转换和融合的类型和方法。 了解：空间数据的处理对数据的质量的影响方面。 理解：空间数据的变换、转换和融合的概念和理论基础。 掌握：几何校正的方法，地图投影的建立、定义和转换，空间数据结构转换及后处理方法，多元数据 的融合。 熟练掌握：几何校正的方法，地图投影的建立、定义和转换，空间数据结构转换。 教学组织与实施：课堂授课：多媒体；课下：查阅资料；课堂讨论：不同处理方法效果的比较；课程 实验：计算机房直观教学；网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。 第二节 空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑（2 学时） 教学目标：使学生掌握空间数据处理的 4 种方法，包括压缩、重分类、内插和拓扑编辑的方法，及其 对数据质量的影响。 教学重点和难点： 教学重点：空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的类型、方法和特征。 教学难点：空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的类型、方法和特征。 主要教学内容及要求：空间数据处理的 4 个方面，包括压缩、重分类、内插和拓扑编辑的方法，及其 对数据质量的影响。使学生熟练掌握空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的方法和计算机操作。 了解：空间数据的处理对数据的质量的影响方面。 理解：空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的内涵和基本理论。 掌握：空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的方法。 熟练掌握：空间数据的压缩、重分类、内插和拓扑编辑的方法和计算机操作。 教学组织与实施：课堂授课：多媒体；课下：查阅资料；课堂讨论：不同处理方法效果的比较；课程 实验：计算机房直观教学；网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。 第四章 地理信息系统空间数据库 学时数：2 教学目标：使学生掌握空间数据库的基本知识，掌握层次结构、网络结构和关系结构、地理信息系统 空间时态数据的基本特征与实现过程。 教学重点和难点： 教学重点：层次结构、网络结构和关系结构。 教学难点：时空动态数据库。 主要教学内容及要求：空间数据库的概念、设计、实现和维护，空间数据库的概念模型设计、逻辑模 型设计和物理设计，空间数据库的查询，以及元数据。 了解：空间数据库的基础知识，数据库设计、实现和维护的流程。 理解：空间数据库的理论基础，概念模型设计、逻辑模型设计和物理设计。 掌握：元数据的概念和作用。 熟练掌握：空间数据库的属性查询、关系查询和应用，层次结构、网络结构和关系结构的异同
教学组织与实施：课堂授课：多媒体：课下：自主学习：课堂讨论：地理信息系常用的数据库：网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。第五章空间分析的原理与方法学时数：6第一节数字地面模型分析（2学时）教学目标：使学生掌握数字地面模型，特别是数字高程模型。教学重点和难点：教学重点：数字地面模型的建立和数据挖掘。教学难点：数字地面模型的建立和应用。主要教学内容及要求：数字地面模型的建立和应用。了解：数字地面模型的感念。理解：数字地面模型的原理。掌握：数字地面模型的建立和应用。熟练掌握：数字高程模型的建立方法，地形因子的计算、地形剖面的计算以及通视分析。教学组织与实施：课堂授课：多媒体：课下：查阅资料：课堂讨论：数字高程模型可以获取的数据；课程实验：计算机房直观教学；网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。第二节空间叠合分析和叠邻近度分析（2学时）教学目标：使学生掌握空间叠合分析和叠邻近度分析。教学重点和难点：教学重点：空间叠合分析的概念，基于矢量和栅格数据结构的叠合分析方法；空间缓冲区分析的类型和方法。教学难点：空间叠合分析的概念，基于矢量和栅格数据结构的叠合分析方法；空间缓冲区分析的类型和方法。主要教学内容及要求：空间叠合分析和叠邻近度分析的适用范围、原理和应用。了解：空间叠合分析和叠邻近度分析得概念。理解：空间叠合分析和叠邻近度分析的原理。掌握：空间叠合分析和叠邻近度分析适用范围和应用，不同数据格式的优缺点。熟练掌握：量和栅格数据的叠合分析方法，量数据空间缓冲区分析的类型和方法。教学组织与实施：课堂授课：多媒体：课下：查阅资料：课堂讨论：森林立地质量评价的技术方案及实现；课程实验：计算机房直观教学：网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。第三节空间网络分析（2学时）教学目标：使学生掌握空间网络分析。教学重点和难点：教学重点：网络分析的构建和应用分析，最短路径的确定。教学难点：网络分析的构建和应用分析，最短路径的确定。- 102 -
- 102 - 教学组织与实施：课堂授课：多媒体；课下：自主学习；课堂讨论：地理信息系常用的数据库；网上 平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。 第五章 空间分析的原理与方法 学时数：6 第一节 数字地面模型分析（2 学时） 教学目标：使学生掌握数字地面模型，特别是数字高程模型。 教学重点和难点： 教学重点：数字地面模型的建立和数据挖掘。 教学难点：数字地面模型的建立和应用。 主要教学内容及要求：数字地面模型的建立和应用。 了解：数字地面模型的感念。 理解：数字地面模型的原理。 掌握：数字地面模型的建立和应用。 熟练掌握：数字高程模型的建立方法，地形因子的计算、地形剖面的计算以及通视分析。 教学组织与实施：课堂授课：多媒体；课下：查阅资料；课堂讨论：数字高程模型可以获取的数据； 课程实验：计算机房直观教学；网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。 第二节 空间叠合分析和叠邻近度分析（2 学时） 教学目标：使学生掌握空间叠合分析和叠邻近度分析。 教学重点和难点： 教学重点：空间叠合分析的概念，基于矢量和栅格数据结构的叠合分析方法；空间缓冲区分析的类型 和方法。 教学难点：空间叠合分析的概念，基于矢量和栅格数据结构的叠合分析方法；空间缓冲区分析的类型 和方法。 主要教学内容及要求：空间叠合分析和叠邻近度分析的适用范围、原理和应用。 了解：空间叠合分析和叠邻近度分析得概念。 理解：空间叠合分析和叠邻近度分析的原理。 掌握：空间叠合分析和叠邻近度分析适用范围和应用，不同数据格式的优缺点。 熟练掌握：矢量和栅格数据的叠合分析方法，矢量数据空间缓冲区分析的类型和方法。 教学组织与实施：课堂授课：多媒体；课下：查阅资料；课堂讨论：森林立地质量评价的技术方案及 实现；课程实验：计算机房直观教学；网上平台：学习通、推荐慕课、推荐网站。 第三节 空间网络分析（2 学时） 教学目标：使学生掌握空间网络分析。 教学重点和难点： 教学重点：网络分析的构建和应用分析，最短路径的确定。 教学难点：网络分析的构建和应用分析，最短路径的确定